Журнал «Знание-сила» - Знание-сила, 1998 № 04 (850)

Окончательного ответа физики еще не нашли, да и не могли найти до проведения широких исследований наблюдений очевидцев: слишком мало было информации. Тем не менее число различных гипотез о природе шаровой молнии значительно превосходит сотню.

Интерес Игоря Стаханова к проблеме шаровой молнии тоже начался с гипотезы, выдвинутой им в начале семидесятых годов. Стаханов, как и многие другие физики, исходил из того, что шаровая молния состоит из вещества, находящегося в состоянии плазмы. Плазма похожа на газообразное состояние с единственной разницей: молекулы вещества в плазме ионизованы, то есть потеряли (или, наоборот, приобрели лишние) электроны и перестали быть нейтральными. Это значит, что молекулы могут взаимодействовать не только как частицы газа — при столкновениях, но и на расстоянии с помощью электрических сил.

Разноименно заряженные частицы притягиваются. Поэтому в плазме молекулы стремятся вернуть себе потерянный заряд путем воссоединения (на физическом языке — рекомбинации) с оторванными электронами. Но после рекомбинации плазма превратится в обычный газ. Поддерживать жизнь плазмы можно только до тех пор, пока рекомбинации что-то мешает, — как правило, очень высокая температура.

Если шаровая молния — это плазменный шар, то она обязана быть горячей. Так рассуждали сторонники плазменных моделей до Стаханова. А он заметил, что существует и другая возможность. Ионы, то есть молекулы, потерявшие или захватившие лишний электрон, могут притянуть к себе обыкновенные нейтральные молекулы воды и окружить себя прочной «водяной» оболочкой, запирающей лишние электроны внутри и не дающей им воссоединяться со своими хозяевами. Такое возможно потому, что молекула воды имеет два полюса: отрицательный и положительный, за один из которых и «хватается» ион в зависимости от своего заряда, чтобы притянуть молекулу к себе. Значит, сверхвысокие температуры больше не нужны, плазма может оставаться и «холодной», не горячее 200-300 градусов.

Ион, окруженный водяной оболочкой, называется кластером, поэтому гипотеза профессора Стаханова получила имя кластерной. В отличие от многих других, она выдерживает сравнение с данными нескольких тысяч известных сейчас наблюдений шаровой молнии и удовлетворительно объясняет многие из них. Тех, кто заинтересовался этой проблемой и не боится физических выкладок, мы отсылаем к книге Игоря Стаханова.

Погода была пасмурная, но грозы не было. Через открытую форточку в кухню входит фиолетовый шар, светившийся, как стоваттная лампа, около 10 — 20 сантиметров в диаметре. Пролетев по комнате, шар подошел к наполовину загороженному застекленному окну из кухни в ванную и начал толкаться в углу рамы. При этом он вытянулся и ползал по стеклу, как бы ища места, где пройти. Наконец он дернулся и быстро вошел в ванную. Раздался звук бьющейся посуды (на окне ванной стояло несколько стеклянных банок). Через некоторое время шаровая молния вернулась обратно, уже без задержки, через то же окно, ударилась о металлическую трубу отопления и стала медленно падать вдоль трубы вниз. Раздался звук взрыва, и все исчезло. Около трубы стоял прислоненный к ней эмалированный тазик, в котором оказалось много отвалившейся эмали. По оценке, все это заняло около двадцати секунд.

Пожалуй, самым важным достоинством кластерной гипотезы стало то, что она продолжает не просто жить в науке, но и обогащается новым содержанием. Группа исследователей из Института обшей физики РАН, в которую входит профессор Сергей Яковленко, недавно получила поразительные новые результаты. Оказывается, самого интересного о холодной кластерной плазме не знал даже Стаханов!

Выяснилось, что сама по себе водяная оболочка не может получиться столь плотной, чтобы помешать ионам рекомбинировать. Но рекомбинация приводит к возрастанию энтропии шаровой молнии, то есть меры ее беспорядка. Действительно, в плазме положительно и отрицательно заряженные молекулы отличаются друг от друга, по-особому взаимодействуют, а после рекомбинации они перемешиваются и становятся неразличимыми. До сих пор считалось, что в предоставленной самой себе системе беспорядок самопроизвольно возрастает, то есть в случае шаровой молнии рекомбинация произойдет сама собой, если ей как-то не помешать. Из результатов компьютерного моделирования и теоретических выкладок, проведенных в Институте обшей физики, следует совершенно иной вывод: беспорядок вносится в систему извне, например при хаотичных столкновениях молекул на границе шаровой молнии и воздуха, в котором она движется. Пока беспорядок не «накопится», рекомбинации не будет, даже несмотря на то, что молекулы стремятся к этому. Характер их движения внутри шаровой молнии таков, что при сближении разноименно заряженные молекулы будут пролетать друг мимо друга, не успевая обменяться зарядом.

Значение этого открытия, если оно будет подтверждено на опыте, трудно переоценить: могут быть внесены существенные поправки в те разделы физики, которые казались навсегда установленными уже более столетия. Итак, изучение проблемы шаровой молнии оказалось способным принести неожиданные плоды. Но почему же эта проблема до сих пор не нашла окончательного решения, несмотря на развитие науки?

В то время как аналог линейной молнии — искровой разряд — сравнительно легко воспроизводится в лаборатории, шаровую молнию все еще не удается получить искусственно. Конечно, масштабы экспериментально получаемых искр и природных молний несопоставимы, но все же нет сомнений в том, что в них происходят одни и те же явления. Этого нельзя сказать о шаровой молнии. «Сделать похоже» ученые уже могут, но точно смоделировать ее не удается, а значит, приходится полагаться на недостаточную информацию из наблюдений, сделанных очевидцами без рафинированной лабораторной техники.

Правда, ставились и лабораторные опыты, в которых экспериментаторы пытались получить электрические разряды сферической формы или светящиеся газовые шары. Но решающего успеха тоже не было достигнуто.

М. Эрнст. «Спутанная молния». 1969 год

Тридцать — сорок комсомольцев собрались в бревенчатом одноэтажном клубе колхоза. Была вторая половина дня, надвигалась гроза. В какой-то момент с электрической лампы, висевшей над столом президиума, стекает большая светящаяся капля. Капля имела грушевидную форму и быстро росла в размерах. Затем она оторвалась от лампы и стала медленно падать вниз. При этом шар принял правильную сферическую форму. Внутри капли все время происходило какое-то движение, словно кипение воды. Наружу выскакивали тонкие лучи-иглы. Шаровая молния свалилась на голову сидящей за столом президиума девушки, подпрыгнула на 10 — 15 сантиметров, упала на ее плечо и покатилась вниз. Что произошло с молнией дальше, никто не заметил, надо полагать, по причине поднявшегося переполоха. Что же касается девушки, то она отделалась легким обмороком.